هل ربط الحواسيب الكمومية على شكل سلاسل ممكن؟ الباحثون لديهم إجابة

توسيع نطاق الحوسبة الكمومية

Quantum computers are expected to one day become the core technology for advanced computation within biotechnology, material sciences, finances, cryptography, and other complex systems that silicon-based computers struggle to deal with.

من المتوقع أن تصبح الحواسيب الكمومية يومًا ما التقنية الأساسية للحوسبة المتقدمة في مجالات التكنولوجيا الحيوية، علوم المواد، المالية، التشفير، وغيرها من الأنظمة المعقدة التي تكافح الحواسيب القائمة على السيليكون للتعامل معها.

مع ذلك، هناك أمران يعيقان انتشار الحواسيب الكمومية بشكل أوسع.

الأمر الأول هو أنه كلما زاد عدد الكيوبتات (المكافئ الكمومي للبت الثنائي) في النظام، ارتفعت نسبة الخطأ، حيث أن أي عدم استقرار يسبب تأثير الدومينو.

قد يصبح هذا قريبًا مشكلة من الماضي، بفضل التقدم الأخير الذي حققته Google (GOOGL ) وشريحة Willow الخاصة بها، والتي تحقق انخفاضًا في معدل الخطأ كلما أضيفت المزيد من الكيوبتات.

المسألة الأخرى هي أن هناك احتمال وجود حد أقصى لحجم الحاسوب الكمومي الفردي، كما هو الحال مع شريحة السيليكون التي لا يمكن أن تصبح أقوى من حد معين قبل أن تواجه مشاكل في إمداد الطاقة، أو ارتفاع الحرارة، وما إلى ذلك.

قد يتم حل هذه المشكلة أيضًا، بفضل أعمال الباحثين في جامعة أكسفورد. فقد نجحوا في إنشاء شبكة حواسيب كمومية موزعة، مشابهة لكيفية عمل الخوادم التي تستخدم شرائح سيليكونية، مما قد يمهد الطريق نحو الحواسيب الكمومية الفائقة.

They announced their results in the prestigious publication Nature, under the title “Distributed quantum computing across an optical network link”¹.

ربط الحواسيب الكمومية

The way quantum computers currently work is as isolated units, containing a few hundred or maybe a thousand qubits for the most advanced ones.

الطريقة التي تعمل بها الحواسيب الكمومية حاليًا هي كوحدات معزولة، تحتوي على بضع مئات أو ربما ألف كيوبت في أكثرها تقدمًا.

The issue is that growing them bigger is incredibly complex, as the bigger the system, the more instability and perturbations from the environment can disrupt the quantum effects the computer relies on.

المشكلة هي أن توسيعها لتصبح أكبر أمر معقد للغاية، فكلما كبر النظام، زادت عدم الاستقرار والاضطرابات من البيئة التي يمكن أن تعطل الظواهر الكمومية التي يعتمد عليها الحاسوب.

At the same time, useful computation will likely require millions of qubits, putting the industry into a potential dead end. At least, as long as quantum computers cannot be connected to each other.

في الوقت نفسه، من المحتمل أن تتطلب الحسابات المفيدة ملايين الكيوبتات، مما يضع الصناعة في طريق مسدود محتمل. على الأقل، طالما لا يمكن ربط الحواسيب الكمومية ببعضها البعض.

And this is easier said than done because quantum computers are very different from silicon chips. In traditional computers, the 0 & 1 is an electric signal that can be transmitted to another machine relatively easily.

وهذا أسهل قولًا من فعلًا لأن الحواسيب الكمومية تختلف كثيرًا عن شرائح السيليكون. في الحواسيب التقليدية، يمثل الصفر والواحد إشارة كهربائية يمكن نقلها إلى جهاز آخر بسهولة نسبية.

For quantum computers, it is the very quantum state of the qubits that need to be communicated. These quantum states are difficult to keep stable out of very specific conditions, usually involving ultra-low temperatures barely a few degrees above absolute zero.

بالنسبة للحواسيب الكمومية، فإن الحالة الكمومية للكيوبتات هي ما يجب إيصاله. هذه الحالات الكمومية يصعب الحفاظ على استقرارها إلا في ظروف محددة جدًا، عادةً ما تشمل درجات حرارة منخفضة للغاية لا تزيد بضع درجات فوق الصفر المطلق.

الاستفادة من النقل الكمومي

تجربة النقل الكمومي السابقة

في يناير 2025، أبلغنا عن أول إشارة إلى أن النقل الكمومي عبر الألياف البصرية كان ممكنًا. Appeared that it could even be carried in ordinary optical fiber networks alongside “normal” data streams.

على الرغم من أنه يبدو كفكرة خيالية من فيلم خيال علمي، فإن النقل الكمومي هو في الواقع ظاهرة حقيقية تم دراستها لعقود.

This happens when 2 different particles are “paired/bonded” together, something called quantum entanglement.

يحدث هذا عندما يتم “إقران/ربط” جسيمين مختلفين معًا، وهو ما يُطلق عليه اسم التشابك الكمومي.

In this case, when two particles are linked, regardless of the distance between them, they exchange information over great distances — without physically carrying it. In some cases, it could even be possible that the information exchange happens quicker than the speed of light, something theoretically impossible.

This was a very important first step, as it indicated that we would not need new technology to work as cables can perform quantum teleportation between quantum computers.

ولكنها لم تكن بعد اتصالًا مباشرًا بين حاسوبين كموميين.

ربط الكيوبتات

This is the step achieved by the Oxford researchers. They used optical fibers to connect together qubits and get them entangled, using photons (light particles).

المصدر: Nature

In the lab experiment, the modules were separated by about 2 meters, each containing dedicated networks and circuit qubits. But longer distances could also be achieved.

By carefully tailoring these interactions, we can perform logical quantum gates – the fundamental operations of quantum computing – between qubits housed in separate quantum computers.

هذا الاختراق يتيح لنا ربط معالجات كمومية متميزة معًا بفعالية لتشكيل حاسوب كمومي واحد متصل بالكامل.

دوجال ماين – طالب دراسات عليا في مجموعة أبحاث الحوسبة الكمومية باستخدام فخ الأيونات في أكسفورد

المصدر: Nature

نوع الحاسوب الكمومي المستخدم كان وحدات فخ الأيونات. عادةً ما تحتوي حواسيب فخ الأيونات الكمومية على عدد أقل بكثير من الكيوبتات، ولكنها تتمتع بموثوقية وكفاءة أعلى بكثير، حيث تحقق نفس عدد الكيوبتات نتائج أكثر موثوقية بمعدل يتراوح بين 100 إلى 1,000 مرة مقارنةً بطرق الحوسبة الكمومية الأخرى.

المصدر: Quantinuum

كفاءة عالية

The entanglement between the networked qubits achieved an 86% fidelity.

حقق التشابك بين الكيوبتات المتصلة نسبة دقة تبلغ 86٪.

When performing Grover’s search algorithm, a useful benchmark of computing where quantum computers radically outperform normal computers, the success rate was 71%.

عند تنفيذ خوارزمية بحث غروفر، وهو معيار مفيد للحوسبة حيث تتفوق الحواسيب الكمومية بشكل جذري على الحواسيب العادية، كانت نسبة النجاح 71٪.

Grover’s search algorithm searches for a particular item in a large, unstructured dataset much faster than a regular computer can, using the quantum phenomena of superposition and entanglement to explore many possibilities in parallel.

هذا معدل مرتفع بشكل ملحوظ، خاصةً بالنظر إلى أنه كان إنجازًا أولًا من نوعه قبل أي تحسين أو تعديل للطريقة.

تأثير هذا الاكتشاف

حواسيب كمومية فائقة؟

This opens the way to an entirely different way of building quantum computers, imitating how supercomputers are built from separate subsystems that communicate their calculations to one another.

يفتح هذا الطريق لطريقة مختلفة تمامًا في بناء الحواسيب الكمومية، محاكياً كيفية بناء الحواسيب الفائقة من أنظمة فرعية منفصلة تتواصل حساباتها مع بعضها البعض.

Such a system would also be remarkably modular, instead of needing an increasingly complex massive centralized quantum computer.

من خلال ربط الوحدات باستخدام الروابط الضوئية، يكتسب النظام مرونة قيمة، مما يسمح بترقية أو استبدال الوحدات دون إزعاج البنية الكاملة.

دوجال ماين – طالب دراسات عليا في مجموعة أبحاث الحوسبة الكمومية باستخدام فخ الأيونات في أكسفورد

المصدر: Nature

عودة تقنية فخ الأيونات

Until now, trapped-ion Technology was the more reliable one, and the one closest to practical use, but limited by the difficulty of adding more qubits to a given system. For this reason, it was expected that other systems using superconducting qubits would be the final form of quantum computer.

حتى الآن، كانت تقنية فخ الأيونات هي الأكثر موثوقية، والأقرب إلى الاستخدام العملي، لكنها كانت محدودة بصعوبة إضافة المزيد من الكيوبتات إلى نظام معين. لهذا السبب، كان من المتوقع أن تكون الأنظمة الأخرى التي تستخدم الكيوبتات الفائقة التوصيل هي الشكل النهائي للحاسوب الكمومي.

If trapped-ion technology can overcome this limit through improved networking, this might not be true anymore. This would make the companies that have specialized in this field much more interesting to investors.

إذا تمكنت تقنية فخ الأيونات من تجاوز هذا الحد من خلال تحسين الشبكات، قد لا يكون ذلك صحيحًا بعد الآن. سيجعل ذلك الشركات المتخصصة في هذا المجال أكثر جاذبية للمستثمرين.

شركة الحوسبة الكمومية باستخدام فخ الأيونات

IonQ

IonQ is a quantum computing company using trapped-ion technology, founded by pioneering scientists in the field from the University of Maryland and Duke University. It was publicly listed on the NYSE in 2021.

IonQ هي شركة حوسبة كمومية تستخدم تقنية فخ الأيونات، تأسست على يد علماء رائدين في المجال من جامعة ماريلاند وجامعة ديوك. تم إدراجها في البورصة العامة (NYSE) في عام 2021.

IonQ quantum computing platforms are able to produce a 99.9% fidelity result. It currently uses a 64-barium ion chain, producing a 36-algorithmic qubit (AQ). The chain organization allows for much quicker computing than other trapped-ion designs without losing fidelity.

المصدر: IonQ

استحوذت IonQ على شركة Qubitekk في يناير 2025, adding to its operations the company’s team and 118 patents to IonQ. Qubitekk’s specialty is in quantum networks, using photonic interconnects, enabling quantum clusters, and advancing quantum internet capabilities.

يجب أن تسهل الشبكات الكمومية الاتصالات الآمنة للغاية وفي النهاية تسمح بالحوسبة الكمومية الموزعة. نظرًا للسرعة التي يتقدم بها المجال، قد تكون الخبرة والملكية الفكرية في هذا الموضوع حاسمة لمستقبل IonQ.

IonQ is also developing a partnership with NKT Photonics (NKT.CO) to help develop future data center-ready quantum computers.

كما تتعاون مع Imec في الدوائر المتكاملة الضوئية وتكنولوجيا فخ الأيونات على مستوى الرقاقة لتوسيع عدد الكيوبتات وحجم النظام وتكاليفه.

Instead of developing its own SDK (Software Development Kit), the company is supporting all the major ones at once, and partnering with many leading companies for developing new quantum computing applications.

المصدر: IonQ

IonQ is the closest to a pure quantum computing stock for investors who are uninterested in the main activities of other leaders like Google, Intel (INTC ), IBM, or Honeywell.

وبالتالي، جنبًا إلى جنب مع منافستها Quantinuum، جزء من Honeywell (HON ), تقترب IonQ من تطوير حواسيب كمومية تجارية، مع تركيزها على أنظمة فخ الأيونات ذات الدقة العالية وعدد الكيوبتات الأقل.

ساعدها نجاحها المبكر على بناء شبكة قوية من الشراكات مع مبتكري الحوسبة الكمومية الآخرين للاستمرار في دفع هذه التقنية إلى الأمام، مع تركيز حديث على الحواسيب الكمومية المتصلة بالشبكات.

مرجع الدراسة:

^{1. Main, D., Drmota, P., Nadlinger, D.P., et al.(2025) الحوسبة الكمومية الموزعة عبر رابط شبكة بصرية. Nature 638, 383–388. https://doi.org/10.1038/s41586-024-08404-x}